基于PLC 控制的砂輪機安全防護設備

吳巨洪

（貴州航天工業學校，貴州遵義 563000）

0 引言

根據砂輪機安全操作規程，操作者應站立在砂輪機側面，嚴禁正面站立，且嚴禁兩人同時使用一臺砂輪機。而在實際操作砂輪機的過程中，很多操作者習慣性地在砂輪機正面站立或出現兩人同時使用一臺砂輪機的不安全操作行為。

為糾正操作者在砂輪機操作過程中的習慣性不安全操作行為，有些企業采取對砂輪機本體進行改造，以達到安全防護的目的。但大多數方案是針對單臺砂輪機改造，不但改造成本高、周期長、靈活性和通用性差，不宜于推廣和普及，并且不能同時對多臺砂輪機進行監控。對此，開發一種預防砂輪機操作中習慣性不安全操作行為的通用型、實用性、安裝方便的防護設備十分必要和迫切。

1 樣機結構、組成、主要參數和推廣應用原則

該設備樣機控制箱分為內外兩層，內層主要安裝以PLC 為核心的低壓控制電路，出現故障時由專業人員開啟內層面板進行維修操作。外層安裝控制按扭，作為操作人員正常操作時的控制按鈕。通過此設計，可提高設備的操作安全性。

控制箱長×寬×高為（500×400×260）mm，內層安裝1 個三菱FX1N 系列PLC（FX1N—40MR）、1 個低壓斷路器（16 A）、5 個熔斷器（3 A）、3 個接觸器（AC 24 V）、1 個變壓器（220/24 V）。外層9 個控制按鈕、12 個光電傳感器、6 個提示報警燈分，分別安裝在3 臺砂輪機的XZ 軸投影面墻上。

在實際推廣應用中，可根據實際砂輪機數量，確定PLC 的型號（主要是PLC 輸入、輸出觸點數目的是否滿足控制需求）、接觸器、控制按鈕數量，靈活定制合適的控制箱尺寸。同時，外層光電傳感器和提示報警燈的數量隨之改變。

2 樣機監控單臺砂輪機傳感器安裝位置

監控單臺砂輪機在操作過程中的習慣性不安全操作行為采用4 個光電傳感器1，2，3，4，全部安置于砂輪機XZ 投影面的墻上。

如圖1 所示，傳感器1、傳感器2 安置于兩砂輪片防護罩水平高度最高點切線的正上方30～50 mm 的墻上，作用是探測處于砂輪機正前方站立的人體；傳感器3、傳感器4 以一定角度安置于傳感器1、傳感器2 等高的內側，作用是探測處于砂輪機側面及兩砂輪片中間站立的人體。樣機監控單臺砂輪機電氣原理見圖2，PLC 梯形圖見圖3。

圖1 監控單臺砂輪機傳感器安裝示意

圖2 監控單臺砂輪機主電路

3 設備的控制狀態和效果

本設備具有自動警戒控制和提示報警警戒控制兩種狀態。

3.1 自動警戒控制狀態

指砂輪機處于自動安全防護警戒狀態。操作人員的站位處于不安全狀態下，3 s（可調）后控制系統將發出報警；如果該行為在7 s 內得以改正則警報解除，否則砂輪機供電電源自動斷電。具體功能如下：

圖3 PLC 梯形圖

（1）當操作人員在砂輪機正面站立時，傳感器1 或傳感器2感應到人體后，在3 s（可調）以內時，報警燈1（或報警燈2）都不會閃爍，目的是防止非操作人員誤通過警戒區域時產生的誤報警；超過3 s 后，報警燈1（或報警燈2）以1 s 的頻率閃爍，當報警燈持續閃爍7 s 后，如果不安全操作行為仍然存在，砂輪機將自動停機。

（2）當2 個操作人員在砂輪機側面同時站立時，即：3 號和4號傳感器同時感應到人體后，在3 s（可調）以內時，報警燈1（或報警燈2）都不會閃爍，超過3 s 時，報警燈1 和報警燈2 同時以1 s 的頻率閃爍，當2 個報警燈持續閃爍7 s 后，如果這種習慣性不安全操作行為仍然存在，砂輪機將自動停機。

3.2 提示報警警戒控制狀態

指設備只提供光電報警，砂輪機正常運行。

在此控制狀態下，當出現上述兩種不安全狀況時，3 s 后報警燈1（或報警燈2）將以1 s 的頻率閃爍，直至不安全操作行為得以改正。

4 設備的操作使用方式

對于砂輪機操作者來講，該設備操作簡單，具體操作步驟如下（以控制1 號砂輪機為例）：

（1）首先選取1 號機的控制狀態選擇按鈕SB1—1，選擇自動警戒控制狀態或提示報警警戒控制狀態。

（2）按下啟動按鈕SB1—2，啟動設備。為砂輪機提供外接供電電源。

（3）啟動砂輪機電源，使砂輪機處于工作狀態。

（4）如果控制狀態選擇按鈕SB1—1 選擇自動警戒控制狀態，在砂輪機使用過程中，當操作者出現習慣性不安全操作行為，系統將報警提示，報警提醒無效的情況下，系統將自動切斷砂輪機外接供電電源，使砂輪機停機。再次啟動，需重新按下啟動按鈕SB1—2。

如果控制狀態選擇按鈕SB1—1 選擇提示報警警戒控制狀態，在砂輪機使用過程中，當操作者出現習慣性不安全操作行為，系統將報警提示直至操作者糾正此行為。

（5）砂輪機工作結束后，先切斷砂輪機電源，再按下設備停止按鈕SB1—3。

5 設備的優點

5.1 安全性高

（1）由于對砂輪機本體不做任何改造，采取通過控制砂輪機外接供電電源是否得電的方式來控制砂輪機工作狀態，提高了砂輪機的本質安全。

（2）由于PLC 運行速度快，因而對不安全操作行為的響應速度快。

（3）控制箱采用內外兩層設計，提高了設備本身的本質安全性。

（4）通過改變傳感器的探測距離和探測面、探測角度，可加大對習慣性不安全操作行為監控的覆蓋面。

（5）系統采取遞進式警示方式，有利于促成操作者養成規范的操作習慣。

5.2 可靠性高、穩定性好

該設備采用適于工業環境下使用的PLC 控制技術，具有相應的保護電路及自診斷功能，提高了整個設備的系統可靠性及穩定性。當非操作人員在砂輪機周圍正常通行而誤入警戒區域時，系統不會產生誤動作。

5.3 集中控制，推廣性和普及性強

可實現同時對多臺砂輪機操作行為進行實時監控。控制系統可根據生產現場砂輪機的數量進行修改，改造成本低。

5.4 安裝方便、布置靈活、通用性強

由于每臺砂輪機采用4 個獨立的感應警示盒，任何現有型號砂輪機（結構和尺寸不同、安裝位置和方式不同）均可通過本設備進行監控。對砂輪機本體不做任何改造，系砂輪機外部添置的防護設備，因此改造周期短，對生產進度不產生任何影響。

6 設備的現場調試

該設備的現場調試是針對3 號傳感器和4 號傳感器的旋轉角度及4 個傳感器的感應距離即可，其他無需調試。

7 結束語

安全工作永遠在路上，需要人防、技防、物防，但核心是人防，是使安全意識在人的意識形態中扎根，是使安全意識變成不需要提醒的安全素養。本設備設計的出發點是為了及時糾正操作者的習慣性不安全操作行為，促使操作者養成良好的安全職業素養，并不能取代安全制度、安全監管和安全教育的作用。該設備已申報國家專利。